北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 曹 龍

基于STM32的室內(nèi)PM2.5檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 曹 龍

針對日常生活中對室內(nèi)空氣PM2.5檢測的需求，本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32的室內(nèi)PM2.5檢測系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)PM2.5濃度的檢測，并通過OLED對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，為用戶提供了便捷的室內(nèi)細(xì)顆粒物檢測方案。

STM32；檢測；PM2.5

1.引言

隨著生活水平的提高，人們室內(nèi)環(huán)境指數(shù)越來越關(guān)心，其中PM2.5尤其引起大家注意。

PM2.5即直徑≤2.5μm的細(xì)顆粒物，PM2.5的濃度過高極易誘發(fā)呼吸道疾病，影響身體健康。本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32的室內(nèi)PM2.5檢測系統(tǒng)，可以對室內(nèi)的PM2.5濃度進(jìn)行檢測，并實(shí)時顯示到OLED，供用戶參考，可用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。

2.總體設(shè)計(jì)

基于STM32的室內(nèi)PM2.5檢測系統(tǒng)由STM32最小系統(tǒng)、PM2.5傳感器和OLED顯示模塊組成。以STM32單片機(jī)為核心構(gòu)成主控模塊，主要完成數(shù)據(jù)的采集和分析以及各模塊之間的協(xié)調(diào)控制；PM2.5傳感器將采集到的顆粒物濃度是以電壓方式傳輸至單片機(jī)，主控芯片通過AD轉(zhuǎn)換通道將電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，并通過相應(yīng)的特性曲線換算成對于的濃度值；

最后在通過OLED的SPI接口將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1STM32最小系統(tǒng)

主控芯片采用的是STM32F103C8T6，其采用高性能的ARM Cortex-M3內(nèi)核，工作頻率為72MHz。STM32微處理器不能獨(dú)立工作，必須提供外圍相關(guān)電路構(gòu)成STM32最小系統(tǒng)。包括3.3V電源、8MHz晶振時鐘、復(fù)位電路、數(shù)字和模擬間的去耦電路、調(diào)試接口、串行通信接口等電路。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

3.2PM2.5傳感器模塊

PM2.5傳感器模塊是以夏普GP2Y1010AU0F為核心的灰塵傳感器。該傳感器使用3.3V供電，AOUT引腳與STM32的AD轉(zhuǎn)換通道PA0連接，ILED引腳與GPIOA11連接，其內(nèi)部的紅外二極管，可以輸出一個跟灰塵濃度成線性關(guān)系的電壓值。通過該電壓值即可計(jì)算出空氣中的灰塵和煙塵含量。由傳感器的輸出特性曲線可知：在0到0.5mg/m3范圍內(nèi)，傳感器輸出電壓與灰塵濃度呈線性關(guān)系，其輸出曲線近似轉(zhuǎn)換的方程為為DustDensity = 0.17 * OutPutVoltage -0.1。STM32FC8T6內(nèi)部具有12位AD，基準(zhǔn)電壓為3.3V，使用公式OutPutVoltage=ADout*（3.3 /4096），其中ADout為模擬量輸出，通過上述公式即可換算出當(dāng)前PM2.5的濃度值。

3.3OLED顯示模塊

顯示模塊用于顯示當(dāng)前PM2.5的濃度供用戶參考，本系統(tǒng)選用0.96寸的OLED顯示屏，分辨率為128*64，采用4線串行的SPI接口方式與單片機(jī)進(jìn)行通訊，顯示屏內(nèi)部采用SSD1306驅(qū)動，通過SPI接口向發(fā)送數(shù)據(jù)，修改SSD1306內(nèi)部的GRAM，從而達(dá)到刷新顯示的目的。

4.軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動后首先進(jìn)行開機(jī)初始化，設(shè)定定時器，SPI寄存器設(shè)置等操作。然后啟動PM2.5傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過設(shè)置模塊ILED引腳為高電平，從而打開傳感器內(nèi)部紅外二極管；由于傳感器內(nèi)部紅外二極管在開啟之后0.28ms，輸出波形才達(dá)到穩(wěn)定，等待0.28ms，外部控制器采樣模塊 AOUT引腳的電壓值；采樣持續(xù)0.04ms 之后，再設(shè)置ILED引腳為低電平，從而關(guān)閉內(nèi)部紅外二極管。STM32單片機(jī)根據(jù)電壓與濃度關(guān)系即可計(jì)算出當(dāng)前空氣中的灰塵濃度。最后單片機(jī)將計(jì)算出的數(shù)據(jù)通過SPI接口送至OLED進(jìn)行顯示，完成整個數(shù)據(jù)采集和顯示的過程。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

5.總結(jié)

本文針對室內(nèi)空氣質(zhì)量的問題，設(shè)計(jì)出了以STM32FC8T6為主控芯片的PM2.5檢測系統(tǒng)，能夠方便用戶隨時了解周圍的PM2.5情況，在運(yùn)行過程中具有良好的實(shí)時性和靈敏性，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的效果，在智能家居領(lǐng)域有一定的使用價值。

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